應力測量方法的歷史

1、應力測試方法的概述在幾乎所有的機械設備中都有金屬構(gòu)件承受負載。這些構(gòu)件內(nèi)部應力的大小及其變化是造成失效(如疲勞等)的主要原因。金屬構(gòu)件內(nèi)部應力的大小變化除了與其受力情況有關(guān)外還與其加工過程形變及周圍的溫度有關(guān)。為了維護、檢查這些和延長使用壽命長期以來人們很關(guān)注應力的檢測。應力的測量方法也很多如盲孔法、x射線法、磁力法、超聲方法等。由于超聲波所固有的特性如穿透能力強、儀器設備簡單、測量速度快、低成本等利用超聲波無損測量材料表面和內(nèi)部的應力

2、狀況的潛力是顯而易見的。目前應力超聲波測量的主要理論有:1聲速與應力關(guān)系的Hughes和kelly理論超聲波測量應力方法是基于聲彈性效應其理論基本假設為:(1)固體連續(xù)性假設(2)聲波的小擾動疊加在物體靜態(tài)有限變形上(3)物體是超彈性的、均勻的(4)物體在變形中可視為等溫或等熵過程。1949年Hughes利用超聲波測量晶體的三階彈性常數(shù)以此為基礎隨后超聲波應力測量技術(shù)得到了較大的發(fā)展。1953年Hughes和Kelly利用Lame常數(shù)λ

3、和μ以及Murnaghan常數(shù)l、m和n提出了各向同性材料的聲彈性理論表達式建立了超聲波在材料中傳播速度與應力之間的關(guān)系。設固體不存在機械耗散過程，可得質(zhì)點的運動方程為：（1）式中是固體的單位體積中的勢能η是拉格朗日坐標下的應變矩陣aixk(ik=123)是拉格朗日坐標和位移坐標。這一方程是研究聲波在固體中傳播的基礎。利用(1)式Hughes和kelly從理論上研究了各向同性中的波速與附加靜壓力或常應力的關(guān)系這些關(guān)系也是后來人們測量固體

4、應力的理論基礎。選自變量為拉格朗日變量abc質(zhì)點位移用uvw把表示由力學定律方程(1)可以寫成(6)c方向上加壓力(或拉力)a方向傳播橫波這時可得波速：上面的6個公式將聲速與應力聯(lián)系起來從而可通過聲速的測定來得到應力的值。2基于聲彈性雙折射理論的應力測量由于應力引起材料各向異性使得入射的橫波分解成兩個波[4]這兩個波的傳播速度不同這種現(xiàn)象稱為聲彈性雙折射?？紤]平面應力狀態(tài)下的弱正交異性板取坐標系oxyz其中xy分別為主應力T1T2的方向

5、z為板材的厚度方向。當有兩個沿xy方向偏振的橫波沿z方向入射時有：其中VzxVzy分別是沿xy方向的偏振沿z方向傳播的橫波的波速VT=(VzxVzy)2為兩個橫波的平均速度α為織構(gòu)效應引起的聲各向異性對各向同性材料α=0T1T2為主應力CA為聲彈性雙折射系數(shù)。在實際應用中通常固定距離測量橫波傳播時間tzxtzy則上表達式可寫成:此可以看出可以不用測定板的厚度僅通過傳播時間的測量就可獲得應力這是雙折射方法的一大優(yōu)點。3基于縱波聲彈性公式的